锂离子电池老化与温度条件下库仑效率及性能耦合关系的分析框架研究

《Scientific Reports》：Assessment of round-trip and coulombic efficiency in lithium-ion batteries using a mathematical modeling approach under variable operating conditions

　　

摘要

准确量化库仑效率和电池衰减对于评估用于电动汽车和固定式储能系统的锂离子电池的长期性能至关重要。然而，现有的电池老化研究主要集中在容量衰减和阻抗增长上，而对于老化以及温度条件下的库仑效率、容量保持率和往返性能的耦合变化则缺乏系统的量化分析。本研究开发了一个分析框架，用于评估库仑效率和往返性能与电池年龄及工作温度之间的关系。该框架通过在一个3.6伏、3安时的锂离子电池上进行的受控充放电实验进行了验证。电池性能在1500次循环和0–75°C的温度范围内进行了评估。经过1500次循环后，放电容量从2.704安时降至1.783安时，容量损失约为34.1%，同时库仑效率从90.1%降至59.43%。所提出的模型进一步与实验数据进行了对比，结果显示两者非常吻合。这些结果建立了电池老化、温度条件、容量保持率和库仑效率之间的定量关系，为电池状态评估和基于效率的电池管理策略提供了实用的理论基础。